12 Januari 2024
(Spotlight Nanowerk) Saat perangkat digital kita menangani komputasi yang semakin kompleks, para ilmuwan beralih ke ilmu fisika sebagai inspirasi dalam paradigma komputasi baru. Daripada meneruskan sinyal listrik melintasi silikon seperti prosesor konvensional, ada pendekatan menarik yang mengkodekan informasi dalam gelombang elektromagnetik atau akustik yang merambat melalui ruang. Komputer berbasis gelombang ini dapat memecahkan masalah dengan kecepatan yang luar biasa — secara teoritis mencapai kecepatan cahaya itu sendiri. Kecepatan ekstrim tersebut terjadi karena pemrosesan data terjadi secara intrinsik di dalam media gelombang melalui pola interferensi yang disengaja. Tidak ada gerbang logika bertingkat yang menurunkan kinerja seperti pada sirkuit digital. Bentuk gelombang berisi data amplitudo dan fase, sehingga memperkaya kapasitas informasi dibandingkan dengan digit biner on-off sederhana. Dan tanpa memerlukan konversi analog-ke-digital berulang-ulang, komputer gelombang menghindari hambatan besar yang membatasi evolusi arsitektur komputasi tradisional. Para ahli telah berupaya membangun sistem praktis berbasis gelombang selama bertahun-tahun, namun tantangan yang ada seputar kompleksitas, kemampuan penyesuaian, dan kemampuan manufaktur telah menghambat kemajuan. Mewujudkan komputer praktis berbasis gelombang terbukti sangat sulit. Konsep sebelumnya menuntut algoritma optimasi yang kompleks sehingga menghasilkan desain yang tidak dapat diproduksi. Pendekatan alternatif berdasarkan susunan sirkuit yang dapat dikonfigurasi memerlukan jumlah pemindah fasa dan amplifier yang tidak praktis. Semua pengaturan ini bersifat khusus untuk aplikasi, dan kurang fleksibel untuk menyelesaikan masalah secara luas. Kini, para ilmuwan dari Universitas Tenggara di Tiongkok telah mencapai terobosan besar dalam penggunaan permukaan meta – a key photonic technology promising revolutionary control over electromagnetic waves. Their pioneering metasurface computer effectively performs rapid analog matrix calculations that would cripple much faster digital supercomputers.
Diagram skema pemecah CME berbasis metasurface, yang terdiri dari jaringan transmisi 2N-port dan N coupler 4-port yang identik. (Dicetak ulang dengan izin dari Wiley-VCH Verlag) (klik pada gambar untuk memperbesar) Tim melaporkan temuan mereka di Materi Fungsional Tingkat Lanjut (“Complex Matrix Equation Solver Based on Computational Metasurface”).
Persamaan matriks menonjol di bidang sains dan teknik, memodelkan segala sesuatu mulai dari pengoptimal pembelajaran mesin hingga simulasi mekanika struktural. Menyelesaikannya secara digital memerlukan daya komputasi yang besar, sehingga memotivasi minat yang kuat terhadap arsitektur berbasis gelombang analog.
Inti dari pemecah metasurface baru terletak pada permukaan elektromagnetik komputasionalnya, yang terdiri dari grid 1,176 elemen yang disetel dengan cermat yang memodifikasi amplitudo dan fase gelombang datang. Media nanofotonik yang dapat diprogram ulang ini secara aktif mengubah sinyal masukan menjadi data keluaran yang diinginkan, secara fisik menyematkan matematika di dalam metasurface.
Untuk mengoperasikan pemecah, persamaan matriks kompleks diubah menjadi dua komponen – matriks koefisien dan vektor konstan. Data ini dimasukkan ke dalam gelombang elektromagnetik yang memasuki dua port input. Saat sinyal merambat melalui wilayah metasurface, sinyal tersebut mengalami perhitungan interferensi yang rumit melalui refleksi yang tersebar. Hasil akhir muncul di port keluaran, dikodekan ke gelombang keluar.
Hebatnya, seluruh proses ini selesai hampir seketika saat gelombang melewati pengaturan mendekati kecepatan cahaya. Tidak ada penundaan gerbang logika sistematis seperti pada prosesor digital. Komputer metasurface juga mengonsumsi daya yang jauh lebih sedikit dibandingkan komputer sejenis silikon, sehingga mengurangi biaya pengoperasian secara signifikan.
Yang terpenting, prinsip operasional memungkinkan penyelesaian persamaan matriks kompleks yang berubah-ubah hanya dengan memvariasikan desain metasurface dan sinyal input. Platform perangkat keras yang sama beradaptasi terhadap beragam masalah tanpa perubahan arsitektur mendasar. Kemampuan program ini memberikan keserbagunaan signifikan yang tidak dimiliki komputer gelombang sebelumnya yang memerlukan desain khusus bahkan untuk operasi matematika dasar.
Karena menyetel elemen metasurface individual sejauh ini terbukti sulit, prototipe saat ini menunjukkan pemecah yang tidak dapat dikonfigurasi ulang untuk persamaan tetap. Namun, kemajuan pesat dalam teknologi metasurface dinamis mengarah ke komputer metasurface yang sepenuhnya ditentukan oleh perangkat lunak sehingga para peneliti dapat mengkonfigurasi ulang sesuai permintaan. Makalah ini juga mencatat bahwa beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi akan mengurangi ukuran keseluruhan sehingga memungkinkan metasurface yang lebih besar untuk menyelesaikan perhitungan matriks yang lebih besar.
Selain itu, geometri metasurface planar yang dapat diskalakan membuat perluasan arsitektur lebih layak daripada struktur metamaterial 3D sebelumnya yang dicoba untuk komputasi gelombang. Jika dikembangkan dengan baik, pemecah matriks metasurface yang dapat dikonfigurasi ulang secara cepat dapat mengubah sektor-sektor yang memerlukan analisis numerik berat mulai dari prediksi cuaca hingga penelitian optimasi.
Pemecah metasurface perintis membangun jembatan yang telah lama ditunggu-tunggu antara komputasi gelombang real-time dan kemampuan program praktis. Meskipun prototipe awal menangani ukuran matriks terbatas 5 x 5, lebih banyak elemen dapat menghitung dimensi yang lebih tinggi. Faktanya, geometri planar metasurface yang dapat diskalakan membuat penyelesaian masalah besar dapat dilakukan dengan lebih mudah daripada struktur metamaterial 3D besar yang dicoba sebelumnya.
Para peneliti memvalidasi desain mereka secara komprehensif melalui simulasi dan pengukuran, dan secara akurat menyelesaikan beberapa persamaan matriks uji. Dari empat kasus uji simulasi, komputer meta menghasilkan solusi dengan tingkat kesalahan yang cukup rendah, rata-rata 21%. The experiments on a fabricated prototype further verified the architecture’s feasibility for a 3×3 matrix, successfully computing solutions to eight distinct matrix problems. Quantitatively, these measured solutions showed below 25% error on average – on par with initial benchmarks of competing electronic analog computing schemes. Kesalahan dominan berasal dari toleransi dalam fabrikasi nano dan tantangan dalam membaca data keluaran secara tepat.
Kedua faktor tersebut harus ditingkatkan secara substansial dengan memanfaatkan fasilitas fabrikasi mikro-nano yang canggih dan peralatan metrologi presisi tinggi. Dengan penyempurnaan lebih lanjut, komputer metasurface dapat melampaui teknik digital untuk tugas-tugas khusus yang memerlukan kecepatan ekstrem.
Dengan penyempurnaan lebih lanjut, komputer metasurface dapat melampaui prosesor digital untuk tugas-tugas khusus yang memerlukan kecepatan ekstrem seperti pencitraan radar, pemodelan ilmiah, dan analisis data. Menariknya, efisiensi tinggi mereka mungkin juga sesuai dengan aplikasi komputasi edge berdaya rendah. Pekerjaan terobosan ini meletakkan fondasi penting untuk komputasi metasurface dengan mengatasi hambatan yang sebelumnya terjadi dalam hal kompleksitas, kemampuan penyesuaian, dan kemampuan realisasi fisik.
– Michael adalah penulis tiga buku oleh Royal Society of Chemistry:
Masyarakat Nano: Mendorong Batas Teknologi,
Nanoteknologi: Masa Depan Mungil, dan
Nanoengineering: Keterampilan dan Peralatan Membuat Teknologi Tak Terlihat
Hak Cipta ©
Nanowerk LLC
Menjadi penulis tamu Spotlight! Bergabunglah dengan grup kami yang besar dan terus berkembang kontributor tamu. Apakah Anda baru saja menerbitkan makalah ilmiah atau memiliki perkembangan menarik lainnya untuk dibagikan dengan komunitas nanoteknologi? Berikut adalah cara mempublikasikan di nanowerk.com.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :memiliki
- :adalah
- $NAIK
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- akurat
- dicapai
- akustik
- di seluruh
- aktif
- beradaptasi
- Selain itu
- algoritma
- Semua
- memungkinkan
- hampir
- juga
- an
- analisis
- analisis
- dan
- aplikasi
- pendekatan
- pendekatan
- arsitektur
- ADALAH
- sekitar
- AS
- At
- berusaha
- penulis
- rata-rata
- rata-rata
- menghindari
- berdasarkan
- dasar
- karena
- di bawah
- Benchmark
- Berger
- dipesan lebih dahulu
- antara
- lebih besar
- kosong
- Buku-buku
- kedua
- kemacetan
- batas-batas
- terobosan
- JEMBATAN
- luas
- membangun
- tapi
- by
- CAN
- Kapasitas
- kasus
- pusat
- tantangan
- Perubahan
- kimia
- Tiongkok
- Klik
- ekstensi CM
- masyarakat
- dibandingkan
- bersaing
- kompleks
- kompleksitas
- komponen
- tersusun
- terdiri
- komputasi
- perhitungan
- komputer
- komputer
- komputasi
- daya komputasi
- konsep
- konstan
- mengandung
- kontrol
- konvensional
- konversi
- dikonversi
- Biaya
- bisa
- melumpuhkan
- krusial
- inti
- terbaru
- data
- Data Analytics
- pengolahan data
- Tanggal
- keterlambatan
- menuntut
- tuntutan
- menunjukkan
- Mendesain
- desain
- diinginkan
- dikembangkan
- Perkembangan
- Devices
- sulit
- digital
- digital
- digit
- ukuran
- berbeda
- beberapa
- dominan
- turun
- dinamis
- Tepi
- komputasi tepi
- efektif
- efisiensi
- delapan
- Elektronik
- elemen
- embedding
- muncul
- memungkinkan
- dikodekan
- Teknik
- memperbesar
- luar biasa
- memperkaya
- memasuki
- Seluruh
- persamaan
- peralatan
- setara
- kesalahan
- kesalahan
- menetapkan
- Bahkan
- segala sesuatu
- evolusi
- menarik
- memperluas
- eksperimen
- ahli
- ekstrim
- fasilitas
- fakta
- faktor
- jauh
- lebih cepat
- kemungkinan
- Fitur
- terakhir
- Temuan
- tetap
- keluwesan
- fleksibel
- Untuk
- Foundations
- empat
- dari
- sepenuhnya
- fungsionil
- mendasar
- lebih lanjut
- masa depan
- gerbang
- Gates
- geometri
- mendapatkan
- gif
- beasiswa
- kisi
- Kelompok
- Pertumbuhan
- Tamu
- menangani
- Menangani
- Terjadi
- Perangkat keras
- Memiliki
- berat
- High
- lebih tinggi
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- How To
- Namun
- HTTPS
- identik
- if
- gambar
- Pencitraan
- memperbaiki
- in
- insiden
- makin
- luar biasa
- sendiri-sendiri
- informasi
- inheren
- mulanya
- memasukkan
- dalam
- Inspirasi
- secara instan
- bunga
- gangguan
- ke
- rumit
- menarik
- secara intrinsik
- NYA
- Diri
- ikut
- jpg
- hanya
- kunci
- kurang
- besar
- lebih besar
- Terletak
- pengetahuan
- kurang
- leveraging
- terletak
- cahaya
- 'like'
- Terbatas
- logika
- logo
- lama ditunggu-tunggu
- tampak
- Rendah
- mesin
- Mesin belajar
- utama
- MEMBUAT
- Membuat
- matematika
- Matriks
- Mungkin..
- diukur
- pengukuran
- mekanika
- medium
- Metrologi
- Michael
- Tengah
- pemodelan
- memodifikasi
- lebih
- banyak
- nama
- нанотехнологии
- Dekat
- dibutuhkan
- membutuhkan
- jaringan
- New
- tidak
- Catatan
- sekarang
- nomor
- of
- on
- Sesuai Permintaan
- beroperasi
- operasi
- operasional
- Operasi
- optimasi
- or
- Lainnya
- kami
- keluaran
- lebih
- secara keseluruhan
- kertas
- paradigma
- pola
- prestasi
- melakukan
- izin
- tahap
- PHP
- fisik
- Secara fisik
- Fisika
- Kepeloporan
- Platform
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- poin
- port
- kekuasaan
- Praktis
- tepat
- ramalan
- sebelumnya
- sebelumnya
- prinsip
- Sebelumnya
- Masalah
- masalah
- proses
- pengolahan
- prosesor
- Kemajuan
- menjanjikan
- menyebarkan
- prototipe
- terbukti
- menerbitkan
- diterbitkan
- penerbit
- Mendorong
- radar
- cepat
- Tarif
- agak
- Bacaan
- real-time
- mewujudkan
- menurunkan
- mengurangi
- Pikiran
- wilayah
- ulang
- laporan
- penelitian
- peneliti
- mengakibatkan
- Hasil
- revolusioner
- kerajaan
- s
- sama
- terukur
- tersebar
- skema
- Ilmu
- ilmiah
- ilmuwan
- Sektor
- penyiapan
- beberapa
- Share
- harus
- menunjukkan
- sinyal
- penting
- Silikon
- Sederhana
- simulasi
- Ukuran
- keterampilan
- Masyarakat
- Solusi
- MEMECAHKAN
- Memecahkan
- Memecahkan
- dicari
- tenggara
- Space
- khusus
- kecepatan
- kecepatan
- lampu sorot
- state-of-the-art
- bertangkai
- struktural
- struktur
- besar
- substansial
- berhasil
- seperti itu
- setelan
- superkomputer
- Permukaan
- melampaui
- sistem
- mengatasi
- tugas
- tim
- teknik
- Teknologi
- uji
- dari
- bahwa
- Grafik
- Masa depan
- informasi
- mereka
- Mereka
- Sana.
- Ini
- mereka
- ini
- tiga
- Melalui
- Demikian
- Judul
- untuk
- alat
- terhadap
- tradisional
- Mengubah
- transformasi
- transit
- dua
- menjalani
- universitas
- Pembaruan
- URL
- menggunakan
- divalidasi
- bervariasi
- Kecepatan
- diverifikasi
- fleksibilitas
- melalui
- giat
- vital
- Gelombang
- ombak
- Cuaca
- adalah
- yang
- sementara
- dengan
- dalam
- tanpa
- Kerja
- akan
- X
- tahun
- menghasilkan
- penurut
- kamu
- Anda
- zephyrnet.dll